Bakal waras sadurunge pesta: proliferasi sel lan kemampuan regeneratif saka jellyfish

Apa sing padha karo Wolverine, Deadpool lan Jellyfish? Kabeh mau duwe fitur apik tenan - regenerasi. Mesthine, ing komik lan film, kemampuan iki, umume ing antarane organisme urip nyata sing winates banget, rada (lan kadhangkala banget) dibesar-besarkan, nanging tetep nyata. Lan apa sing nyata bisa diterangake, yaiku apa sing ditindakake para ilmuwan saka Universitas Tohoku (Jepang) ing studi anyar. Proses seluler apa ing awak ubur-ubur sing digandhengake karo regenerasi, kepiye proses iki diterusake, lan apa kekuwatan super liyane sing diduweni makhluk kaya jeli iki? Laporan klompok riset bakal ngandhani babagan iki. Tindak.

Basis riset

Kaping pisanan, para ilmuwan nerangake kenapa dheweke mutusake kanggo fokus ing jellyfish. Kasunyatane, akeh riset ing bidang biologi ditindakake kanthi partisipasi sing diarani organisme model: tikus, lalat buah, cacing, iwak, lsp. Nanging planet kita dadi omah kanggo mayuta-yuta spesies, sing saben duwe kemampuan unik. Akibate, mokal kanggo ngevaluasi kanthi lengkap proses regenerasi sel kanthi nyinaoni mung siji spesies, lan nganggep yen mekanisme sing diteliti bakal umum kanggo kabeh makhluk ing Bumi.

Kanggo ubur-ubur, makhluk kasebut, kanthi penampilane, ngomongake keunikane, sing ora bisa narik kawigaten para ilmuwan. Mula, sadurunge miwiti dissection riset dhewe, aku ketemu karakter utama.

Tembung "ubur-ubur", sing biasa diarani makhluk kasebut, sejatine mung nuduhake tahap siklus urip subtipe cnidaria. medusozoa. Cnidarians nampa jeneng sing ora biasa amarga anané sel stinging (cnidocytes) ing awak, sing digunakake kanggo mburu lan mbela diri. Cukup, nalika sampeyan disengat ubur-ubur, sampeyan bisa matur nuwun marang sel kasebut amarga lara lan kasangsaran.

Cnidocytes ngemot cnidocysts, organel intraselular sing tanggung jawab kanggo efek "stinging". Miturut tampilan lan, miturut cara aplikasi, sawetara jinis cnidocytes dibedakake, ing antarane yaiku:

• penetrants - Utas kanthi ujung runcing sing nusuk awak korban utawa pelanggar kaya tumbak, nyuntikake neurotoksin;
• glutinants - benang lengket lan dawa sing nutupi korban (ora ngrangkul sing paling nyenengake);
• volvents iku Utas cendhak kang korban bisa gampang entangled.

Senjata non-standar kasebut diterangake kanthi kasunyatan manawa jellyfish, sanajan anggun, dudu makhluk sing lincah. Neurotoxin sing mlebu ing awak mangsa langsung lumpuh, sing menehi ubur-ubur akeh wektu kanggo istirahat nedha awan.

Jellyfish sawise mburu sukses.

Saliyane cara mburu lan pertahanan sing ora biasa, ubur-ubur duwe reproduksi sing ora biasa. Wong lanang ngasilake sperma, lan wadon ngasilake endhog, sawise fusi planulae (larva) dibentuk, dumunung ing ngisor. Sawise sawetara wektu, polip tuwuh saka larva, saka ngendi, nalika tekan kadewasan, ubur-ubur enom secara harfiah pecah (nyatane, ana budding). Dadi, ana sawetara tahapan siklus urip, salah sijine yaiku generasi ubur-ubur utawa medusoid.

Sianea berbulu, uga dikenal minangka surai singa.

Yen cyanea wulu ditakoni carane nambah efisiensi mburu, mesthine mangsuli - luwih tentakel. Jumlahe kira-kira 60 (klompok 15 tentakel ing saben pojok kubah). Kajaba iku, ubur-ubur jinis iki dianggep paling gedhe, amarga diameter kubah bisa nganti 2 meter, lan tentakel bisa nganti 20 meter nalika mburu. Begjanipun, spesies iki ora utamané "beracun" lan mulane ora fatal kanggo manungsa.

tawon segara, ing siji, bakal nambah kualitas kanggo jumlahe. Ubur-ubur jinis iki uga nduweni 15 tentakel (dawa 3 m) ing saben patang pojok kubah, nanging racune kaping pirang-pirang luwih kuwat tinimbang sing relatif gedhe. Dipercaya manawa tawon segara duwe neurotoksin sing cukup kanggo mateni 60 wong sajrone 3 menit. Badai segara iki urip ing zona pesisir Australia lor lan Selandia Baru. Miturut data saka taun 1884 nganti 1996, ana 63 wong sing tiwas ing Australia, nanging data kasebut bisa uga ora akurat, lan jumlah temu fatal antarane manungsa lan tawon laut bisa uga luwih dhuwur. Nanging, miturut data kanggo 1991-2004, ing antarane 225 kasus, mung 8% korban sing dirawat ing rumah sakit, kalebu siji sing mati (bocah umur telung taun).

Segara tawon

Saiki ayo bali menyang sinau sing lagi dideleng ing dina iki.

Saka sudut pandang sel, proses sing paling penting ing kabeh urip organisme yaiku proliferasi sel - proses pertumbuhan jaringan awak liwat reproduksi sel kanthi divisi. Sajrone wutah awak, proses iki ngatur paningkatan ukuran awak. Lan nalika awak wis kawangun kanthi lengkap, sel proliferasi ngatur ijol-ijolan fisiologis sel lan ngganti sing rusak karo sing anyar.

Cnidarians, minangka klompok adhine saka bilaterian lan metazoans awal, wis digunakake kanggo nyinaoni proses evolusi nganti pirang-pirang taun. Mulane, cnidarians ora terkecuali babagan proliferasi. Contone, nalika perkembangan embrio saka anemone segara Nematostella vectensis proliferasi sel dikoordinasi karo organisasi epitel lan melu pangembangan tentakel.

Nematostella vectensis

Antarane liyane, cnidarians, kaya sing wis dingerteni, dikenal kanthi kemampuan regeneratif. Polip hydra (genus coelenterate sessile banyu tawar saka kelas hidroid) dianggep paling populer ing antarane peneliti nganti atusan taun. Proliferasi, diaktifake dening sel sing mati, nyebabake proses regenerasi kepala basal hydra. Jeneng makhluk iki nyebutake makhluk mitos sing dikenal kanthi regenerasi - Hidra Lernaean, sing bisa dikalahake Hercules.

Senajan kabisan regeneratif wis digandhengake karo proliferasi, nanging tetep ora jelas kepiye proses seluler iki kedadeyan ing kahanan normal ing macem-macem tahap pangembangan organisme.

Ubur-ubur, sing duwe siklus urip sing kompleks sing dumadi saka rong tahap reproduksi (vegetatif lan seksual), dadi model sing apik kanggo nyinaoni proliferasi.

Ing karya iki, peran individu sing diteliti utama dimainake dening ubur-ubur spesies Cladonema pacificum. Spesies iki urip ing pesisir Jepang. Kaping pisanan, ubur-ubur iki nduweni 9 tentakel utama, sing wiwit cabang lan nambah ukuran (kaya kabeh awak) nalika berkembang nganti diwasa. Fitur iki ngidini kita sinau kanthi rinci kabeh mekanisme sing ana ing proses iki.

Saliyane Cladonema pacificum Panaliten kasebut uga nyinaoni jinis ubur-ubur liyane: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.

Asil riset

Kanggo mangerteni pola spasial proliferasi sel ing Cladonema medusa, para ilmuwan nggunakake pewarnaan 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU), sing menehi label sel ing Fase S* utawa sel sing wis liwati.

Fase S* - fase siklus sel ing ngendi replikasi DNA dumadi.

Diwenehi Cladonema mundhak kanthi dramatis ing ukuran lan nuduhake cabang tentakel sajrone pangembangan (1A-1C), distribusi sel proliferasi bisa uga owah sajrone mateng.

Gambar No. 1: fitur proliferasi sel ing Cladonema enom.

Amarga fitur iki, bisa sinau mekanisme proliferasi sel ing ubur-ubur enom (dina 1) lan diwasa sacara seksual (dina 45).

Ing ubur-ubur remaja, sel positif EdU ditemokake ing jumlah sing akeh ing awak, kalebu umbel, manubrium (organ panyengkuyung rongga lisan ing ubur-ubur), lan tentakel, tanpa dipikirake wektu paparan EdU (1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 µM (mikromolar) sawise 24 jam).

Cukup sawetara sel EdU-positif ditemokake ing manubrium (1F и 1G), nanging ing payung distribusi kasebut seragam banget, utamane ing cangkang njaba payung (exumbrella, 1H-1K). Ing tentakel, sel positif EdU dikelompokake banget (1N). Panganggone penanda mitosis (antibodi PH3) bisa kanggo verifikasi manawa sel positif EdU minangka sel sing berkembang biak. Sel positif PH3 ditemokake ing payung lan bohlam tentakel (1L и 1P).

Ing tentakel, sel mitosis utamane ditemokake ing ektoderm (1P), nalika ing payung sel proliferasi dumunung ing lapisan permukaan (1M).

Gambar No. 2: fitur proliferasi sel ing Cladonema diwasa.

Ing wong enom lan diwasa, sel positif EdU ditemokake ing jumlah gedhe ing awak. Ing umbel, sel positif EdU luwih kerep ditemokake ing lapisan superfisial tinimbang ing lapisan ngisor, sing padha karo pengamatan ing bocah cilik (2A-2D).

Nanging ing tentakel kahanan rada beda. Sel EdU-positif nglumpukake ing dasar tentakel (bohlam), ing ngendi rong klompok ditemokake ing salah siji sisih bohlam (2E и 2F). Ing wong enom, akumulasi sing padha uga diamati (1N), i.e. bolam tentakel bisa dadi area utama proliferasi ing saindhenging tahap medusoid. Iku aneh yen ing manubrium wong diwasa jumlah sel positif EdU luwih akeh tinimbang ing bocah cilik (2G и 2H).

Asil penengah yaiku proliferasi sel bisa kedadeyan kanthi seragam ing payung ubur-ubur, nanging ing tentakel proses iki banget lokal. Mulane, bisa dianggep proliferasi sel seragam bisa ngontrol wutah awak lan homeostasis jaringan, nanging klompok sel proliferasi cedhak bolam tentakel melu morfogenesis tentakel.

Ing babagan pangembangan awak dhewe, proliferasi nduweni peran penting ing pertumbuhan awak.

Gambar #3: Pentinge proliferasi ing proses pertumbuhan awak ubur-ubur.

Kanggo nguji iki ing praktik, para ilmuwan ngawasi pertumbuhan awak ubur-ubur, diwiwiti karo wong enom. Paling gampang kanggo nemtokake ukuran awak ubur-ubur kanthi kubah, amarga tuwuh kanthi rata lan kanthi proporsi langsung kanggo kabeh awak.

Kanthi pakan normal ing kahanan laboratorium, ukuran kubah mundhak kanthi 54.8% sajrone 24 jam pisanan - saka 0.62 ± 0.02 mm2 dadi 0.96 ± 0.02 mm2. Sajrone 5 dina sabanjure observasi, ukuran mundhak alon-alon lan lancar dadi 0.98 ± 0.03 mm2 (3-3є).

Ubur-ubur saka klompok liya, sing ora duwe panganan, ora tuwuh, nanging nyusut (garis abang ing grafik 3є). Analisis seluler saka ubur-ubur sing keluwen nuduhake anané sel EdU sing cilik banget: 1240.6 ± 214.3 ing ubur-ubur saka klompok kontrol lan 433.6 ± 133 ing sing kelaparan (3D-3H). Pengamatan iki bisa dadi bukti langsung yen nutrisi langsung mengaruhi proses proliferasi.

Kanggo nguji hipotesis iki, para ilmuwan nganakake tes farmakologis sing ngalangi kemajuan siklus sel nggunakake hydroxyurea (CH4N2O2), inhibitor siklus sel sing nyebabake penahanan G1. Minangka asil saka intervensi iki, sel S-phase sing sadurunge dideteksi nggunakake EdU ilang (3I-3L). Dadi, ubur-ubur sing kena CH4N2O2 ora nuduhake wutah awak, ora kaya klompok kontrol (3M).

Tahap panaliten sabanjure yaiku sinau rinci babagan tentakel cabang ubur-ubur kanggo ngonfirmasi asumsi yen proliferasi lokal sel ing tentakel nyumbang kanggo morfogenesis.

Gambar No. 4: efek proliferasi lokal ing wutah lan percabangan tentakel ubur-ubur.

Tentakel ubur-ubur sing enom duwe siji cabang, nanging suwe-suwe jumlahe saya tambah. Ing kahanan laboratorium, cabang mundhak 3 kali ing dina kaping sanga pengamatan (4 и 4є).

Maneh, nalika CH4N2O2 digunakake, ora ana cabang saka tentakel sing diamati, nanging mung siji cabang (4B и 4C). Iku penasaran yen mbusak CH4N2O2 saka awak ubur-ubur mulihake proses ngepang saka tentacles, sing nuduhake reversibility saka campur tangan tamba. Pengamatan kasebut kanthi jelas nuduhake pentinge proliferasi kanggo pangembangan tentakel.

Cnidarians ora bakal cnidarians tanpa nematocytes (cnidocytes, i.e., cnidarians). Ing spesies ubur-ubur Clytia hemisphaerica, sel induk ing bolam tentakel nyedhiyakake nematocysts menyang ujung tentakel kanthi tepat amarga proliferasi sel. Alami, para ilmuwan mutusake kanggo nyoba pernyataan kasebut uga.

Kanggo ndeteksi sambungan antarane nematocysts lan proliferasi, pewarna pewarna nuklir sing bisa menehi tandha poli-γ-glutamat sing disintesis ing tembok nematocyst (DAPI, yaiku 4′,6-diamidino-2-phenylindole) digunakake.

Pewarnaan poli-γ-glutamat ngidini kita ngira ukuran nematosit, antara 2 nganti 110 μm2 (4D-4G). Sawetara nematocysts kosong uga diidentifikasi, yaiku, nematosit kasebut wis entek (4D-4G).

Aktivitas proliferasi ing tentakel ubur-ubur diuji kanthi nyinaoni rongga ing nematosit sawise pamblokiran siklus sel kanthi CH4N2O2. Proporsi nematosit kosong ing ubur-ubur sawise intervensi obat luwih dhuwur tinimbang ing kelompok kontrol: 11.4% ± 2.0% ing ubur-ubur saka kelompok kontrol lan 19.7% ± 2.0% ing ubur-ubur kanthi CH4N2O2 (4D-4G и 4H). Akibaté, sanajan sawise kesel, nematosit terus aktif diwenehake karo sel proliferasi progenitor, sing nandheske pengaruh proses iki ora mung ing perkembangan tentakel, nanging uga nematogenesis ing wong-wong mau.

Tahap sing paling menarik yaiku sinau babagan kemampuan regeneratif ubur-ubur. Ngelingi konsentrasi dhuwur saka sel proliferatif ing bolam tentakel saka jellyfish diwasa Cladonema, para ilmuwan mutusake kanggo nyinaoni regenerasi tentakel.

Gambar No. 5: efek proliferasi ing regenerasi tentakel.

Sawise dissection saka tentakel ing dasar, proses regenerasi diamati (5A-5D). Sajrone 24 jam pisanan, penyembuhan dumadi ing area sayatan (5B). Ing dina kapindho pengamatan, pucuk wiwit dawa lan cabang katon (5є). Ing dina kaping lima, tentakel wis rampung cabang (5D), mula, regenerasi tentakel bisa ngetutake morfogenesis tentakel normal sawise elongasi.

Kanggo luwih nyinaoni tahap awal regenerasi, para ilmuwan nganalisa distribusi sel proliferasi nggunakake pewarnaan PH3 kanggo nggambarake sel mitosis.

Nalika sel pamisah asring diamati ing cedhak area amputasi, sel mitosis disebarake ing bolam tentacled kontrol sing ora dipotong (5E и 5F).

Kuantifikasi sel positif PH3 sing ana ing bolam tentakel nuduhake peningkatan sing signifikan ing sel positif PH3 ing bolam tentakel amputasi dibandhingake kontrol (5G). Minangka kesimpulan, proses regeneratif awal diiringi peningkatan aktif ing proliferasi sel ing bolam tentakel.

Efek proliferasi ing regenerasi diuji kanthi mblokir sel kanthi CH4N2O2 sawise ngethok tentakel. Ing klompok kontrol, elongasi tentakel sawise amputasi kedadeyan normal, kaya sing dikarepake. Nanging ing klompok sing ditrapake CH4N2O2, elongasi ora kedadeyan, sanajan penyembuhan tatu normal (5H). Ing tembung liya, penyembuhan bakal kedadeyan ing kasus apa wae, nanging proliferasi perlu kanggo regenerasi tentakel sing tepat.

Pungkasan, para ilmuwan mutusake kanggo nyinaoni proliferasi ing spesies ubur-ubur liyane, yaiku Cytaeis и Rathkea.

Gambar #6: Perbandingan proliferasi ing Cytaeis (kiwa) lan Rathkea (tengen) ubur-ubur.

У Cytaeis medusa EdU-positif sel diamati ing manubrium, bolam tentakel lan sisih ndhuwur payung (6 и 6B). Lokasi sel positif PH3 sing diidentifikasi ing Cytaeis banget padha karo Cladonema, nanging ana sawetara beda (6C и 6D). Nanging ing Rathkea Sel EdU-positif lan PH3-positif ditemokake meh sacara eksklusif ing wilayah manubrium lan bolam tentakel (6E-6H).

Sampeyan uga menarik yen sel proliferasi asring dideteksi ing ginjel jellyfish Rathkea (6E-6G), sing nggambarake jinis reproduksi aseksual spesies iki.

Njupuk informasi sing dipikolehi, bisa dianggep yen proliferasi sel dumadi ing bolam tentakel ora mung ing siji spesies ubur-ubur, sanajan ana bedane amarga bedane fisiologi lan morfologi.

Kanggo kenalan sing luwih rinci karo nuansa sinau, aku nyaranake ndeleng laporan ilmuwan.

Epilogue

Salah sawijining karakter sastra sing paling disenengi yaiku Hercule Poirot. Detektif sing cerdik tansah menehi perhatian khusus marang rincian cilik sing dianggep wong liya ora penting. Ilmuwan kaya detektif, ngumpulake kabeh bukti sing bisa ditemokake kanggo mangsuli kabeh pitakonan saka investigasi lan nemtokake "penjahat".

Ora ketompo carane ketok, regenerasi sel jellyfish langsung ana hubungane karo proliferasi - proses integral ing pangembangan sel, jaringan lan, minangka akibat, kabeh organisme. Sinau luwih lengkap babagan proses sing komprehensif iki bakal ngidini kita luwih ngerti mekanisme molekuler sing ndasari, sing bakal, ora mung nggedhekake kawruh kita, nanging uga langsung mengaruhi urip kita.

Jum'at ing ndhuwur:

Maret saka ubur-ubur spesies Aurelia, diganggu dening predator kanthi jeneng sing ora biasa "ubur-ubur endhog goreng", i.e. jellyfish endhog goreng (Planet Earth, voice-over dening David Attenborough).

Ora ubur-ubur, nanging makhluk laut jero iki (mulut gedhe kaya pelikan) ora kerep difoto (reaksi peneliti mung nrenyuhake).

Matur nuwun kanggo nonton, tetep penasaran lan duwe akhir minggu sing apik kabeh! 🙂

Matur nuwun kanggo tetep karo kita. Apa sampeyan seneng karo artikel kita? Pengin ndeleng konten sing luwih menarik? Ndhukung kita kanthi nggawe pesenan utawa menehi rekomendasi menyang kanca, Diskon 30% kanggo pangguna Habr ing analog unik saka server level entri, sing diciptakake kanggo sampeyan: Bebener kabeh babagan VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps saka $ 20 utawa carane nuduhake server? (kasedhiya karo RAID1 lan RAID10, munggah 24 intine lan nganti 40GB DDR4).

Dell R730xd 2 kaping luwih murah? Mung kene 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV saka $199 ing Walanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - saka $99! Maca babagan Carane mbangun infrastruktur corp. kelas karo nggunakake Dell R730xd E5-2650 v4 server worth 9000 euro kanggo Penny?

Source: www.habr.com